1 de sept. de 2008

ANALISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO

ANÁLISIS CUALITATIVO

A menudo se utilizan los tiempos de retención en la identificación de los picos. Con el propósito de que sean útiles en el análisis cualitativo, los tiempos de retención en condiciones programadas deben ser reproducibles. La mayoría de los cromatógrafos de gas modernos proporcionan una reproducci6n exacta tanto de los programas de temperatura como de los tiempos de retención.

Para demostrar la reproductividad de los tiempos de retención, se utilizó una muestra de parafinas normales de T a 22 carbonos, con intervalos de ebullición entre 98,4 y 227ºC. La mezcla se analizó en una columna capilar de polifeniléter.

El horno de la columna se enfrió a 35ºC y luego se programo a por minuto. Cuando la temperatura del horno alcanzó 40C se inyectó la muestra sin interrumpir el programador. Se midieron los tiempos de retención en segundos con un integrador digital electrónico. El Cuadro XXIV ilustra la reproductivilidad de los tiempos de retención respecto a varios análisis.

ANALISIS CUANTITATIVO

Se estima que hay mas de 200.000 cromatografos de gases en el mundo. Estos instrumentos se usan principalmente en el analisis cuantitativo de compuestos organicos. Con ellos se puede lograr gran exactitud discutiran las posibles fuentes de error, los calculos, las tecnicas de integracion y el tratamiento estadistico de los datos.

A. Posibles Fuentes De Error:

En la tecnica cromatografica pueden ocurrir, en el orden indicado, errores cuantitativos en relacion con lo siguiente:

· Tecnicas de muestreo: dos son las fuentes de error en la tecnica de muestreo. Primera tomar exactamente la muestra que se desee analizar. Consideremos una muestra de aceite crudo, ¿se desea muestrear la fase gaseosa o la fase liquida, o todos los solidos que estuvieran presentes en ella? Este es un problema clasico de muestreo y puede conducir a error en muchos metodos de la cromatografia de gases. Estos aspectos pueden parecer evidentes, pero muchos investigadores no les conceden la debida atencion y, en consecuencia, sus resultados cuantitativos no son correctos.

· Adsorcion o Descomposicion de la muestra: la segunda fuente de error deriva de la suposicion de que todas las muestras inyectadas realmente producen los picos que se observan. Pueden ocurrir que los compuestos se descompongan o adsorban en la camara de inyeccion, sobre la columna con el detector. De las publicaciones pertinentes se mencionan casos en que todas las muestras es adsorbida y reeversiblemente en el sistema cromatografico. Las CG cuantitativa requiere que todos los componentes de la muestra que se inyecta produscan los picos que se integran. Con las perdidas reproducibles se podrian construir curvas de calibracion y, asi, contrarestar este error. Una manera de verificar esto, consistiria en añadir el compuesto que presenta problemas de cuantificacion un hidrocarburo e inyectar la mezcla. Las relaciones del area deberan mantenerse constante.

· Comportamiento del Detector: cada detector responde de diferentes maneras a compuestos diferentes. Es preciso conocer estos factores de respuestas. Ademas, al cambiar las condiciones de funcionamiento, cambiar tambien la respuesta del detector. Es necesario conocer esta influencia y construir nuevas curvas de calibracion. Por ejemplo en las celdas de CT, la respuesta se debe a diferencias de la conductividad termica entre gas portador puro y una mezcla de gas portador y la muestra. Para lograr un analisis exacto y producible, habra que mantener constante la pureza del gas portador, el caudal del gas, la temperatura del detector, la corriente del filamiento, la resitencia del filamiento y la presion en el interior del detector. Si una de estas condiciones se cambia radicalmente, lo mismo sucedera con el comportamiento del detector.

· Comportamiento del Registrador: un registrador es un dispositivo electromecanico y, como cualquier otro instrumento es susceptible de error. Para obtener resultados cuantitativos exactos debe verificarse la linealidad, el recorrido, la velocidad de la pluma, la banda muerta y el 0 electrico. Todos estos factores pueden influir en los resultados cuantitativos. Cuando el cromatograma se usa para obtener mediciones cuantitatativas, el registrador es una posible fuente de error y la presicion obtenible debe determinarse con un patron.

· Tecnica de integracion: probablemente el paso de importancia mas critica es la conversion del pico cromatografico en numeros relacionados con la composicion de la muestra. En este paso se convierte el pico analogico en una forma digital. Este problema se analiza con detenimiento en la seccion C.

· Calculos: una vez que se obtienen los numeros que representan el area, es preciso relacionarlos con la composicion de la muestra. Este aspecto se examinara por separado en la seccion siguiente.

B. Calculos:

1. Normalizacion del area: por normalizacion entendemos el calculo de la composicion porcentual mediante la medicion del area de cada tipo y la division de cada area por el area total, por ejemplo:

A= area de A/ area total x 100.

Cuando se analizan los componentes de una serie homologa con puntos de ebullicion muy proximos, este metodo puede usarse para calcular el porciento en peso. Esto supone que todos los picos fueron eluidos y que cada compuesto tiene la misma respuesta del detector. Si se han comprobado estas supocisiones, este metodo es rapido y sencillo.

2. Factores de Correccion: las areas de los compuestos no son directamente proporcionales a la composicion porcentual, es decir compuestos diferentes tienen diferentes respuestas del detctor; por lo tanto, es necesario determinar los factores de correccion. Estos factores, una vez determiandos, puede usarse para determinar la compisicion conceptual. Como el funcionamiento de los detectores se basan en principios diferentes, habra que calcular diferentes factores para los diversos detectores.

A = area de A x FA/area factores x 100

a) Un metodo para calcular los factores de respuesta conceptual es peso de DTL es el siguiente: preparar una disolucion estandar de los ompuestos a, b, c, d, y e para obtener el cromatograma ilustrado en la siguiente figura. Los pesos “W” inyectados son conocidos. Se miden las areas “A” se calcula la relacion A/B respecto a cada pico.

El factor de correccion f se calcula dividiendo el A/B de cada tipo por el del benceno A/B. Estos factores son relativos al benceno, es decir, el factor del benceno se hace arbitrariamente a 1, 00.

Cuadro XVI. Procedimiento para calcular los factores DTL

Picos

W (peso inyectado)

A area cm2

A/w

F (factores de correccion)

A (benceno)

H

C

D

E

0,435

0,653

0,864

0,864

1,760

4,0

6,5

7,6

8,1

15,0

9,19

9,95

8,79

9,38

8,52

1,00

1,08

0,96

1,02

0,93

A partir de estos resultados se puede calcular el peso de un componente desconocido “b”

Wb = Wa x Ab/ Fb x Aa

Donde:

Wb = peso del componente b

Wa = peso del pstron a

Aa = Area medida para el patron a

Ab = area medida para el componente h; y

Fb = factor de correccion del compuesto “b” en relacion con el compuesto “a” en pesos iguales.

La respuesta del DTL es independiente de la temperatura, del gas portador y del caudal. A ello se debe que sea un detector adecuado, posiblemente el mejor para determinaciones cuantitativas.

Dimiento empleado con los factores de DIL: Para usar los factores gravimetricos se mide el area del pico y se multiplica por el factor gravimetrico a fin de obtener la verdadera superficie gavimetrica. Estos factores se normalizan y los resultados son el porcentaje en peso (gravimetrico) de cada compuesto. El factor gravimetrico se determina dividiendo el paso molecular por la respuesta termica relativa por mol. Esto se calcula en relacion con el benceno cuando la respuesta termica se supone que es 100.

Ejemplo: Se analizo una mezcla de etanol, benceno y acetato de etilo con detector de conductividad termica. El problema es determinar el porciento gravimetrico de cada componente si las areas respectivas de picos fueron 5,0 9,0 4,0 7,0 cm2.

Calculo 1 en Peso para el Detector de Condutividad Termica

Paso No 1.

Compuesto

Area cm2

Factor gravimetrico

Etanol

5.0

0.64

Heptano

9.0

0.70

Benceno

4.0

0.78

Acetato de etilo

7.0

0.79

Paso No.2

Multiplicar el area del pico por el factor gravimetrico.

Etanol

5.0 (0.64)

3.20

Heptano

9.0 (0.70)

6.30

Benceno

4.0 (0.78)

3.12

Acetato de etilo

7.0 (0.79)

5.53

Total 18.15

Paso No. 3

Normalizar y la respuesta es el en el peso.

Normalizando

3.20/18.15 x 100 = 17.6

6.30/ 18.15 x 100 = 34.7

3.12/ 18.15 x = 17.2

5.53/ 18.15 = 30.5

Total= 100

Muestra pura. Luego se representan los valores de las areas del pico en funcion del peso conocido inyectado. Se obtiene asi una curva de calibracion; deberia ser lineal y pasar por el origen (no hay muestra, no hay respuesta).

Ahora se inyecta una cantidad exacta del material conocido. Se mida el area del pico y a partir de la curva de calibracion se calcula la cantidad de muestra presente en el material desconocido.

En peso A=Area (A) . (g/area)/g inyectados x 100

a) La altura de los picos, ademas su area, tambien puede emplearse. Las desventajas de la calibracion directa son: debe conocerse la cantidad exacta de muestra inyectada y la calibracion requiere algun tiempo. Tambien, para poder comparar los resultados con la grafica de calibracion, la sensibilidad del detector debe mantenerse constante a lo largo de todoa loa experimentos y de dia a dia.

4.Estandarizacion Interna: este metodo se denomina asimismo calibracion relativa o indirecta. Se preparan muestras de pesos conocidos y de un patron y se separan en el cromatografo. Se mide el area de los picos. Se representa la relacion de las areas en funcion de la relacion del peso.

Despues de añadir a la muestra desconocida una cantidad exactamente conocida del patron interno, esta mezcla se cromatografia. Se miden las relaciones de area y a partir de la grafica de calibracion se leen las relaciones de peso de la substancia desconocida con respecto al patron. Como se conoce la cantidad de patron añadido con el calculo sencillo se determina la cantidad de compuesto desconocido presente.

Ejemplo: A una muestra de 5ml se le añade 5ml de una solucion que contiene el patron cuya concentracion es 100 mg/ml. Despues de efectuar la cromatografia de la muestra, se observa que la relacion de las areas es 8; por lo tanto, la relacion en peso es 7 (vease en la figura). Si se sabe que la concentracion del patron es 100mg/ml, entonces la concentracion de componentes es 7 x 100 mg/ml. Por haberse agregado 5 ml de la disolucion estandar, entonces la cantidad total de la substancia desconocida es 5 ml x 700 mg/ml = 3500 mg o 3,5 mg del volumen de la muestra original.

Este metodo de calibracion tiene la ventaja que no es necesario medir exactamente las cantidades inyectadas ni conocer las respuestas del detector y que esta permanesca constante, ya que ningun cambio en la respuesta alterara la relacion de areas. La principal desventaja del metodo es la de encontrar un estandar o patron que no interfiera con ningun componente de la muestra.

El estandar interno debe tener los requisitos siguientes:

a) Debe separarse bien de los otros picos.

b) Deben eluirse muy cerca de los picos que interesan.

c) Deben tener una concentracion aproximada a la de la substancia que se determina.

d) Debe tener una similitud estructural con la substancia que se determina.

C. Integracion:

La medicion de la altura de los picos es mas rapida que la del area de los picos; sin embargo las graficas de altura de los picos es funcion del tamaño de la muestra tienen un intervalo lineal mas limitado que las correspondientes graficas para area de los picos. Frecuentemente las alturas y anchuras de los picos dependen del tamaño de la muestra y el volumen de muestra inyectada; sin embargo, no es asi para el area de los picos. En general, se usan las alturas de los picos para las columnas capilares, si las muestras tienen menos de 10 mg.

La altura del pico se mide comunmente en mm, como puede verse en la figura, tomando la distancia desde la linea base hasta la maxima del pico. Si la linea base se desplaza, como en el pico D, se dibuja la menor linea entre el punto de partida y el final del pico.

El area del pico depende menos que su altura de las condiciones de funcionamiento. Definitivamente, constituye la medida mas usada en la actualidad y el punto de nuestra discursion dictara principalmente la medicion del area del pico.

1. Planimetria: el pico se sigue manualmente con un planimetro. El planimero es un dispositivo mecanico que mide superficies recorriendo el perimetro del pico, la superficie se registra digitalmente sobre una cuadrante. Esta tecnica es tediosa, lenta y menos precisa que muchas otras. La reproducibilidad obtenida entre diferentes personas es deficiente. Se puede mejorar la presicion recorriendo cada pico varias veces y sacando un valor promedio.

2. Altura por ancho en la semialtura: con los picos normales se aproximan a un triangulo, se puede obtener el area aproximada multiplicando la altura por la anchura del pico tomada a la mitad de su altura. No se usa la base normal del pico, ya que puede haber desviaciones pronunciadas debido a las “colas” o a la adsorcion. Esta tecnica es rapida y sencilla.

3. Triangulacion: la altura se mide desde la linea base hasta la interseccion de las dos tangentes. La base se toma como la interseccion de las dos tangentes con la linea base.

4. Cortado y pesado de papel: el area de los picos se determina cortando el pico del cromatograma y pesando el papel en una balanza analitica. Este metodo es lento, pero puede ser bastante preciso, particularmente en el caso de picos asimetricos.

5. Integrador electronico digital: la señal de entrada del cromatografo se alimenta al voltaje de un convertidor de frecuencia que genera un impulso de salida a una velocidad proporcional al area del pico. Cuando el detector de pendientes percibe un pico, los impulsos del convertidor v-f se acumulan y se imprimen como una medida del area del pico. La principal ventaja del integrador electronico es su amplio recorrido lineal.

D. Tratamiento estadisticos de los datos:

1. Exactitud y presicion: indica lo que se aproxima el valor medido al valor verdadero. Para indicar la exactitud, es presiso conocer el valor verdadero, es decir el que se obtiene a partir de una mezcla gravimetrica de patrones. Si se conoce el valor verdadero, la diferencia entre el valor verdadero y el medio es el error. Este error suele expresarse como error relativo, es decir:

100 x error/valor verdadero

2. Errores: los errores pueden ser de dos clases: determinados o indeterminados. Los errores determinados son aquellos cuya causa y magnitud pueden determinarse, por ello es posible aplicar factores de correccion. Entre ellos:

a) Diferencia de respuesta de un detector debido a cambios de temperatura, flujo o corriente.

b) Contaminacion de la muestra antes de la inyeccion.

c) Perdida de la muestra o fraccionamiento durante la inyeccion en la columna.

d) Errores de calculo.

Esta lista señala la necesidad de estar atento a los posibles errores determinados, asi como de determinar su magnitud y aplicar las correcciones oportunas.

3. Desviacion media y estandar: se recomienda que se use el valor promedio y una desviacion estandar para expresar la presicion de la cromatografia de gases.

a) Promedio aritmetico: todas las mediciones se suman y se dividen por el numero total de las mismas. Este es un calculo rapido y sencillo, pero no puede expresar valores extremos. La dispersion de los datos se expresa mucho mejor mediante la desviacion estandar.

b) Desviacion estandar: es dificil de calcular, pero expresa la presicion mucho mejor que otros calculos. Expresa la dispersion de las mediciones en torno al valor promedio y puede usarse para establecer los niveles de confianza en futuras mediciones analogas.